Giấc mơ máy tính lượng t� của Google
(Cập nhật: 24/2/2016)
C� máy được mệnh danh là 'chén thánh' trong ngành khoa học tính toán của Google không ch� tăng tốc đ� x� lý mà còn làm cho những ứng dụng dường như không tưởng tr� nên kh� thi.
Phòng thí nghiệm của Google vừa thực hiện việc đặt một con chip vào c� máy hình tr� và làm lạnh nó xuống nhiệt đ� thấp hơn 150 lần so với những vùng bên ngoài vũ tr�. Chiếc máy tính thần k� mà Google đang tìm kiếm khai thác những đặc tính k� l� của vật lý lượng t�, vốn ch� xảy ra trong những điều kiện siêu cực như con chip � môi trường siêu lạnh kia. H� thống này cho phép một lập trình viên Google hoàn thành những tính toán ch� trong khoảng thời gian ngh� giải lao uống cà phê ngắn ngủi, trong khi cùng những tính toán đó, một c� máy siêu máy tính của ngày nay s� phải mất hàng triệu năm mới giải được. Phần mềm mà Google đã phát triển trên những chiếc máy lái xe hay tr� lời câu hỏi có th� tr� nên thông minh hơn gấp bội nh� h� thống máy tính mới này. Đây còn được xem là niềm hi vọng của những ý tưởng trong tương lai mà Google đang ấp � như robot cứu nạn hay kh� năng giao tiếp giống như con người của máy.
Những nền tảng lý thuyết của điện toán lượng t� đã được thiết lập rõ ràng, và các nhà vật lý học đã có th� tạo ra những đơn v� cơ bản, gọi là qubit, mà t� đó một chiếc máy tính lượng t� s� được tạo thành. Nhưng cho đến hiện tại, vẫn chưa có một máy tính lượng t� thực s�, có th� s� dụng được (tham khảo “Silicon - chìa khoá cho điện toán lượng t�”).
Google và máy tính lượng t� có th� là một cặp đôi hoàn hảo trong th� giới thuật toán, một công ty có niềm đam mê d� liệu không bao gi� nguôi. Nhưng Google cũng có chiến lược cấp bách hơn: công ngh� đưa d� liệu thành thông tin, và thậm chí là tạo ra trí thông minh t� đó.
Google đã được lập nên đ� thương mại hóa thuật toán xếp hạng các trang Web, và t� đó xây dựng nền tảng tài chính của hãng thông qua đó đ� bán quảng cáo và lựa chọn mục tiêu cho quảng cáo. Gần đây hơn, Google đã đầu tư nhiều vào việc phát triển phần mềm thông minh – trí tu� nhân tạo, có th� học cách hiểu ngôn ng� hay hình ảnh, lý luận � mức cơ bản, hay lái xe trong luồng giao thông – đều là những th� khó nhằn đối với máy tính thông thường, nhưng theo d� đoán là s� tr� nên d� dàng đối với máy tính lượng t�.
H� thống máy tính lượng t� của D-Wave - vốn đã được NASA đưa vào s� dụng
Giấc mơ lượng t� của Google
Viễn cảnh một chiếc máy tính lượng t� hữu dụng có v� vẫn còn xa vời. Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm chưa th� tạo ra một c� máy đơn giản đ� chứng minh được khái niệm này. Một công ty khởi nghiệp của Canada - D-Wave Systems, đã từng giới thiệu chiếc máy mà h� gọi là “máy tính lượng t� trên th� trường đầu tiên trên th� giới”. Nhưng suốt hàng năm vẫn chưa thuyết phục được các chuyên gia rằng các c� máy đó đang thực s� hoạt động như một chiếc máy tính lượng t� trong lý thuyết. Tuy nhiên, cho đến khi được Google s� dụng thì những c� máy lượng t� D-Wave đang dần tr� thành hiện thực.
Trong một thí nghiệm gần đây, chip siêu dẫn trong máy tính của D-Wave – gọi là b� phận � lượng t� – đã có kh� năng hoạt động nhanh hơn 100 triệu lần so với b� vi x� lý thông thường. Tuy vậy, những ưu điểm kiểu như vậy cần tr� nên hữu dụng trong việc tính toán thực t�, ch� không ch� trong các thí nghiệm gò bó. Ngoài ra, còn đó hàng loạt khiếm khuyết cần phải x� lý đ� máy tính lượng t� tr� thành công ngh� thực s�. Các chuyên gia máy tính thì cho rằng hiện nay các qubit trong chip của D-Wave chưa đ� tin cậy, và h� thống phần cứng chưa đáp ứng được nhu cầu thực t�.
Chiếc máy tính lượng t� của Google đang s� dụng không ch� s� cạnh tranh với bất k� những cải tiến nào D-Wave có th� làm, mà cũng cạnh tranh với các đối th� trực tiếp là Microsoft và IBM, vốn cũng đang có những d� án máy tính lượng t� của riêng h�. Tuy nhiên, các công ty công ngh� lớn đang tập trung vào những d� án mà có l� phải mất nhiều thời gian hơn nữa mới có th� đưa ra ứng dụng thực t� được.
V� phía d� án của Google, nhóm nghiên cứu d� tính có th� ch� tạo một b� � lượng t� 100 qubit sớm nhất là vào năm 2017. Chip mới nhất của D-Wave đã có 1.097 qubit, nhưng Google cho rằng một chip chất lượng cao với ít qubit và có ứng dụng trong thực t� s� được ưu tiên hơn. Bởi b� � lượng t� ch� có th� chạy một thuật toán nhất định, và nó phải phù hợp với những lĩnh vực mà Google quan tâm nhất.
John Martinis
Người kiến tạo giấc mơ
John Martinis, 57 tuổi, là nhân vật hoàn hảo đ� đưa một lĩnh vực vật lý lượng t� rắc rối đến không tưởng tr� thành một ngành k� thuật mới. Đó là lý do tại sao Google đưa giáo sư vật lý này v� điều hành d� án lượng t� của mình. John Martinis không ch� có kh� năng x� lý phần toán học phức tạp, mà còn có kh� năng ch� tạo thiết b�. Vận hành ch� một qubit cũng đã là bài toán phức tạp, dựa trên cơ s� lý thuyết lượng t�, vật lý chất rắn, khoa học vật liệu, ch� tạo vi mô, thiết k� cơ khí, và điện t� thông thường. Mới thấy rằng Martinis và đội ngũ của ông phải am hiểu sâu trong nhiều lĩnh vực như vậy.
Trạng thái của qubit rất d� thay đổi. Do vậy, khó khăn trong việc tạo ra các qubit đ� ổn định là lý do tại sao chúng ta vẫn chưa có máy tính lượng t�. Nhưng Martinis đã giải bài toán này trong suốt 11 năm, và dường như ông sắp đến đích. Thời gian ổn định của những qubit ông tạo ra, tức khoảng thời gian mà chúng có th� gi� trạng thái chồng chập, là hàng micro giây - dài hơn khoảng 10.000 lần so với những thông s� của chip D-Wave.
Hồi tháng 3/2015, Martinis và đội của ông đã tr� thành những người đầu tiên tạo ra những qubit có đ� tin cậy đối với máy tính lượng t�. Martinis d� tính s� đưa ra chiếc máy tính lượng t� ph� quát hoàn thành với khoảng 100 qubit vào cùng khoảng thời gian mà ông s� cung cấp cho Google b� � lượng t� mới, vào khoảng 2 năm sau. Đó s� là một cột mốc lớn trong khoa học tính toán, nhưng nhiều kh� năng là nó s� chưa th� giúp ích ngay được cho các lập trình viên của Google. Tuy nhiên, Martinis cho rằng một khi đã làm cho qubit tr� nên đ� ổn định đ� có th� ghép 100 qubit lại với nhau vào một chip lượng t� ph� quát thì con đường đ� kết hợp được nhiều qubit hơn nữa s� m� ra. Ông nói: "M� rộng quy mô thì rất d� nhưng gi� cho chúng ổn định mới là khó".
Một kiến trúc lượng t� đang được phát triển mới
Máy tính lượng t� của Google.
Thuật toán lượng t�
Khi Martinis giải thích rằng tại sao Google cần công ngh� lượng t� mà mình đang phát triển. Ông thẳng thắng cho rằng “các thuật toán học máy (machine learning) thực ra khá là ng� ngẩn và chúng cần không biết bao nhiêu ví d� đ� máy tính học được một điều cơ bản”.
Thật vậy, việc học máy mà Google và các công ty máy tính khác đang s� dụng thực s� không hiệu qu� khi so với cách mà con người hay động vật học những k� năng hay kiến thức mới. Dạy cho một phần mềm những điều mới, như cách nhận diện xe ô tô và con mèo trong hình ảnh, thường cần hàng ngàn hay hàng triệu những ví d� được lựa chọn và ghi chú cẩn thận. Mặc dù một k� thuật gọi là học sâu gần đây đã cho ra những cải tiến đáng k� trong đ� chính xác của các phần mềm dùng đ� học cách hiểu được hình ảnh và lời nói, những lĩnh vực phức tạp hơn như là hiểu được những hàm ý trong ngôn ng� vẫn còn nằm ngoài tầm với của máy móc.
Sức mạnh phi thường của qubit s� rút ngắn được khoảng cách giữa việc học máy và việc học của sinh vật, tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực trí tu� nhân tạo. “Học máy s� được chuyển hóa thành học lượng t�”, Martinis cho hay. Điều này có nghĩa là s� xuất hiện những phần mềm có th� học t� d� liệu tổng hợp hay học mà không cần phải có lệnh trực tiếp.
Ví d� như, các nhà nghiên cứu của Google đã thiết k� thuật toán mà h� nghĩ rằng có th� cho phép máy t� học được một điều mới, ngay c� khi d� liệu không thực s� đầy đ�. Các chuyên gia cho rằng sức mạnh tính toán dựa trên lượng t� có th� s� là chìa khóa đ� cho máy tính trang b� những kh� năng mà hiện nay ch� con người mới có được
V� mặt thực t�, khi tạm thời Google ch� có c� máy của D-Wave đ� th� nghiệm, các nhà nghiên cứu của hãng chưa th� làm được gì hơn là suy đoán v� việc h� có th� làm những điều gì với chip mà Martinis đang ch� tạo.
Ngay c� khi có được chip, các nhà nghiên cứu cũng s� mất thời gian đ� xây dựng cơ s� h� tầng cần thiết đ� vận hành s� lượng lớn những thiết b� đặc biệt này, t� đó mới có th� tiếp tục các d� án h� tr� cho việc kinh doanh của Google.
Qubit là gì
Máy tính lượng t� hoạt động theo các nguyên tắc của vật lý lượng t�, là vật lý của những thành phần vô cùng nh�, như là electron và photon. Trong máy tính thông thường, một transistor chứa một “bit” thông tin nh� phân, 0 hoặc là 1. Nhưng trong máy tính lượng t�, các qubit cũng có th� đạt được một trạng thái gọi là chồng chập (Principle of superposition) lượng t�, v� cơ bản nó chứa vừa 0 vừa là 1. Những qubit đang chồng chập có th� được liên kết với nhau qua hiện tượng gọi là liên kết lượng t�, nghĩa là một hành động tác động lên một qubit s� có ảnh hưởng tức thì lên qubit kia. Những hiệu ứng này cho phép một tính toán trong máy tính lượng t� thực hiện được một s� lượng công việc, rất nhiều tính toán trong máy vi tính thông thường. Trong vài trường hợp, lợi th� của máy tính lượng t� so với máy tính thông thường, là kh� năng x� lý tăng theo cấp s� nhân theo lượng d� liệu.
C� máy D-Wave
Công ty D-Wave tại Canada đã cho ra đời chiếc máy tính lượng t� có kh� năng thương mại hóa đầu tiên mang tên D-Wave One hồi năm 2007. Đây là c� máy tính lượng t� s� dụng tiến trình “phép � lượng t�” (tiếng Anh) với h� thống 128 qubit. S� qubit này phân thành 16 ngăn, mỗi ngăn gồm 8 qubit và được tạo ra bởi các vòng siêu dẫn. Trong một bài kiểm tra, D-Wave ch� cần một giây đ� x� lý các phép tính mà máy tính thường phải mất 10.000 năm mới giải được.
Phiên bản D-Wave 2 chứa chip máy tính Niobium được làm lạnh � -273 đ� C. Theo D-Wave Systems, điện năng tiêu tốn ch� yếu là cho h� thống làm lạnh. Toàn b� D-Wave tiêu tốn khoảng 15kW, trong khi chip lượng t� ch� s� dụng một phần nh� của 1microwatt.
(pcworld)
Tin tức khác
Những điều mong đợi cho th� giới game 2016
Năm 2016 chúng ta s� chơi những game nào? Thực t� ảo và công ngh� stream game có đạt được thành công vang dội chăng, hay cũng s� ch� là một năm thất bại?
150 triệu xe hơi s� kết nối Internet vào năm 2020
Trong 5 năm tới, các công ty xe hơi s� kết hợp các ứng dụng của Apple, Google và Samsung với sản phẩm của mình đ� tạo nên các tiện ích, trải nghiệm thú v� cho người dùng.
Chia s� loa máy tính cho nhiều máy trong LAN
Với Share Speaker Player, bạn có th� s� dụng chung một loa phát nhạc cho nhiều máy tính trong mạng nội b� mà không cần các thao tác phiền phức kia nữa.
Mạng 5G s� thay đổi th� giới ra sao?
Chắc chắn martphone s� có kết nối nhanh hơn. Tuy nhiên, đó có phải là lợi ích duy nhất của 5G?
